福建水利电力职业技术学院 福建永安 366000
摘要：针对深基坑支护施工专项方案审核时经常发现施工单位普遍对基坑支护结构破坏比较重视，对基坑围护结构位移变形不够重视的问题，本文通过永安市宏泰大厦工程实例应用，说明采用m法（弹性地基梁法）计算支护桩的顶端位移的方法，构建深基坑支护施工的模型。该方法具有一定的实用性，研究可为深基坑支护施工提供一定的借鉴。
关键词：位移变形；基坑支护；m法；水平荷载；变形值界限（3-5）
1.引言
当前高层建筑地下空间发展较大，施工中基坑支护内容显得特别重要，但是很多工程由于基坑支护施工或方案失误，造成了许多因基坑坍塌造成施工伤亡事故。根据《福建省建筑边坡与深基坑工程管理暂行规定》（闽建建【2005】38号）第五章第十六条明确了设计图纸及文件必须注明支护结构，周边主要建（构）筑物，重要荷载及周边土体的控制变形值。在施工单位施工组织设计中均有基坑支护设计专项方案，除支护结构设计外，还应有支护变形监测，主要是监测结构变形（水平变形与与竖向变形）。通常情况下，基坑支护破坏有结构破坏和变形破坏。无论哪一种破坏都会严重影响安全，发生事故时容易造成重大人员伤亡和财产损失。因此，基坑支护结构除了要满足强度要求外还要满足变形要求。本文通过工程实例，说明如何有效控制深层搅拌桩顶端位移（弹性地基梁法）。
2.研究方法及应用
永安市宏泰大厦位于永安市牺和路，由永安市宏泰房地产开发有限公司投资兴建，福建省国防工业设计院承担设计，由福建省林业工程有限公司总承包施工。本工程主楼为框剪16层，建筑总高度为72.45米，总建筑面积为31502.73㎡，桩基础采用大直径人工挖孔灌注桩。本工程为一层地下室，层高为5.5m，地下室面积为2207.72㎡，基坑开挖深度约7m，基坑长（东西方向）约为65m，基坑宽（南北方向）约为37m。工程地质勘测报告说明自上而下土层情况为：①杂填土，全区分布，厚度2.1～3.6m。②淤泥层，全场分布，厚度20.5～37.8m，3～7层为粘土层、中砂层及强风化层等。场区稳定的地下水的水位为-0.3m。基坑设计参数的（由工程地质勘察报告提供）为：20米以上淤泥重度r=16.5KN/m³，无侧限抗压强度qu=10kpa，原状块剪凝聚力C=6.6kpa，内摩擦角Ф=1.4°，渗透系数Kv=4.×10-7cm/s。
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根据现场的具体实际情况，基坑东侧临近大唐酒店大楼，最小距离为3米，为确保永安市大唐酒店工程的安全，对基坑支护结构进行强度和变形采取严格的控制。在制定施工组织设计时采用的方案为：南面采用深层搅拌桩挡水放坡开挖，深层搅拌桩采用C20砼压顶沿基坑四周封闭；对基坑的东、西、北三面均采用钻孔灌注桩与格构式水泥深层搅拌桩挡土挡水。水泥深层搅拌桩为Ф650mm，桩长14m，水泥土30天凝期强度标准值1mpa，桩与桩之间搭接150mm，共六排（详见附图1）。钻孔桩休用C20砼直径Ф800mm，桩长22m@2000，并沿全长配筋。桩顶压顶沿基坑四周封闭。支护结构桩顶位移按如下计算：
2.1 计算模型：采用弹性地基梁法即m法。水泥土的变形计算按平面计算，计算单元按单位长度。
2.22位移分析：
2.2.1 墙顶位移按Yd=Y0+Ф0h计算
其中：
Y0——基坑底面处墙的刚性位移
Ф0——基坑地面处墙的转角
作用在桩上的水平荷载按基坑底面以上荷载和基坑底面以下荷载，其产生的位移，即：
Y0= Y01+ Y02 Ф0=Ф01+Ф02
（详见附图2a、图2b所示）
式中：Y01—由基坑底面以上荷载决定的基坑底墙的刚性位移；
Y02—由基坑底面以下荷载决定的基坑底墙的刚性位移；
Ф01—由基坑底面以上荷载决定的基坑底面处墙的转角；
Ф02—由基坑底面以下荷载决定的基坑底面处墙的转角。
2. 2.2 为了求得基坑底面以上荷载作用时基坑底面处墙的变形Y01、Ф01，需先确定水平荷载作用下桩的柔度系数ΔHH、ΔMH、ΔHM、ΔMM，可由结构力学位移法求得（详见附图3所示）
ΔHH=1/a³EI×AHH
ΔMH=ΔHM=1/a²EI×BMH
ΔMM=1/aEI×CMM
式中AHH、BMH、CMM为无量纲影响系数，由墙换算深度ah及桩底特证系数Kh查表确定。
当基坑底面墙作业有H0、M0时，则有：、
Y01= H0ΔHH+ M0ΔHM
Ф01= H0ΔMH+ M0ΔMM
2.2.3基坑底面以下荷载作用时基坑底面处墙的变形Y02、Ф02则为：
Ф02=ea/mhd Y02= ea/mhd（1+ hd ）
式中ea=γhKa
2.2.4 墙顶位移Yd：墙顶位移的最终值还应考虑基坑底以下荷载的作用，可采用乘以弯矩增大系数βe作为墙顶位移的最终值
Yd= Y01+Ф01h+ ea/mhd（1+h+hd ）
2.3参数的确定：
2.3.1 m的取值。考虑到钻孔桩的抵抗作用，并参照规范将m值取为1MN/m4
2.3.2 水平变形系数a：
a= 
2.3.3 墙底特征系数Kh：
Kh= C0 I0/EI
2.3.4 位移增大系数βe
βe=1+1/10h×（13.5-0.3Ф）
2.4 计算过程：计算简图如图4所示
2.4.1 C10水泥土弹性模量
E=17.5×106KN/㎡
2.4.2 桩截面的惯性矩
Bh³/12=1×3³/12=2.25m4
2.4.3 EI=17.5×106×2.25=39.4×106KNM²
2.4.4 求水平变形系数a
a= 
2.4.5 求墙底特征系数kh及换算深度ah
kh= C0 Z0/EI=（1000×8.0×2.25）/（39.4×106）=0.00046
ahd=0.12×8=1.37
2.4.6 查表得AHH=20、BHH=30、CMM= 40
2.4.7 计算柔度系数：
ΔHH=1/a³EI×AHH=20/（0.17³×39.4×106）=103.1×10-6
ΔMH=ΔHM=1/a²EI×BMH=30/（0.17²×39.4×106）=26.5×10-6
ΔMM=1/aEI×CMM=40/（0.17×39.4×106）=6×10-6
2.4.8 计算基坑底以上荷载作用的基坑底面墙变形：
H0=1/2×vh²Kd=1/2×16.5×6²×tg²（45-1.4/2）=282.83KN
M0=1/6×vh³Kd=1/6×16.5×6³×tg²（45-1.4/2）=579.15KN×M
Y01= H0ΔHH+ M0ΔHM=（282.83×103.1+579.15×26.5）×10-6=0.045m
Ф01= H0ΔMH+ M0ΔMM=（282.83×26.5+579.15×6）×10-6= 0.011rad
2.4.9 计算墙顶位移
Yd= Y01+Ф01h+ ea/mhd（1+hd+h ）=0.045+0.011×6+16.5×6 ×0.975/（1000×8）×（1+6+8）=0.045+0.066+0.18=0.291m
2.4.10 位移增大系数
βe=1+1/10h×（13.5-0.3Ф）=1.22
最终位移值为：0.291×1.22=0.355m=35.5cm
针对计算位移过大的情况，为了保证东面建筑的安全，施工时，拉结采用C20Ф800mm的钻孔灌注桩，L=22m，沿全长分段配置钢筋，并用Ф10@900钢筋锚入压顶板30d。
在东面用【32槽钢在工程桩上设置临时支撑，防止基坑位移变化过大。
压顶采用C20砼400厚，内配双层Ф10@200构造筋，箍筋采用Ф8@200，沿基础四周封闭，并用Ф10@900钢筋与深层搅拌桩和钻孔灌注桩分别拉结。
基础短方向施工时向基坑外侧起拱，起拱高度为基坑长度的2/1000。
为确保深层搅拌桩体的桩身强度，待现场试件的抗压强度满足设计要求1Mpa后方可开挖。
基坑采取分段、分层开挖，再进行人工清理。
为确保基坑内土体的稳定，采用轻型井点配合集水井降低地下水位、用潜水泵排除基坑内积水。
加强基坑顶端的位移和变形监测，对东面采取准直线法进行重点检测，共设置9个测点，在开挖前做好检测记录和标记并拍摄存档，作为施工期间对裂缝、沉降等定期观测和分析对比的资料。
3.施工成效
完成基坑支护结构后及开始开挖。开挖期间遇大暴雨，部分区段位移最大达到20多厘米，由于加固措施及时得当，虽然地下室施工持续近2个多月，但整个基坑位移都控制在控制值内，东侧大唐酒店大楼未受太大影响。
4.结论与体会
m值的确定和取值对控制结果有较大的影响，条件许可时，可以通过对桩的现场水平荷载试验来测定m值，从而取得更能符合实际情况m值。
从本工程实例中我们可以看出，支护结构的安全度即使已满足了规范要求，但仍需变形控制。因此我们认为，城市基坑工程应以变形控制设计与强度控制设计为主。为准确预测和计算基坑的变形，基坑设计所需要的计算参数提倡现场测定。
参考文献：
[1]《地基与基础》（第二版）顾晓鲁、钱鸣缙、刘惠珊、汪时敏主编 中国建筑工业出版 1993年第二版
[2]《高层建筑施工手册》（第二版）杨嗣信、侯君伟主编 中国建筑工业出版社出版 2001年第二版
[3]《结构力学》（第二版）李廉锟主编 高等教育出版社出版 1984年第二版
[4]《土力学地基基础》陈希哲编 清华大学出版社出版 1982年版
[5]《深基坑工程设计手册》龚晓南主编 中国建筑工业出版社出版 2001年版
作者简介：张云腾 性别：男 年龄：54 职称：高级工程师、高级经济师 主要从事工程管理工作
论文作者:张云腾
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第14期
论文发表时间:2019/6/11
标签：基坑论文; 位移论文; 底面论文; 荷载论文; 系数论文; 永安市论文; 结构论文; 《建筑模拟》2019年第14期论文;